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模擬與數(shù)字布局

作者: 時間:2012-04-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處,但要獲得更好的結(jié)果時,若采用的布線策略不同,即仍舊是用簡單電路布線設(shè)計,則不再是最優(yōu)或最佳方案了。為此,本文就旁路電容、電源、地線設(shè)計、電壓誤差和由PCB布線引起的電磁干擾(EMl)等幾個方面,就和數(shù)宇布線的基本相似之處與差別及以12位傳感系統(tǒng)為例說明的竅門進(jìn)行討論與分析。為此,先述布線要領(lǐng)的相似之處。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/186676.htm

一、模擬和布線要領(lǐng)的相似

1、旁路或去耦電容

在布線時,模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容,都需要靠近其電源引腳連接一個旁路電容,此電容值通常為0.1μF。系統(tǒng)供電電源則需要另一類去耦電容,通常此電容值大約為10μF。

這些電容的位置如圖1所示。電容取值范圍為推薦值的1/10至10倍之間。但引腳須較短,且要盡量靠近器件(為0.1μF 電容)或供電電源(為10μF電容)。

1.JPG

在電路板上加旁路或去耦電容,以及這些電容在板上的布置,對于數(shù)字和模擬設(shè)計來說都屬于基本常識,但其功能卻是有區(qū)別的。

在模擬布線設(shè)計中旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號,如果不加旁路電容,這些高頻信號可能通過電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。一般來說,這些高頻信號的頻率超出模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話,就可能在信號路徑上引入噪聲,更嚴(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝印?/p>

而對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件來說,同樣需要去耦電容,但原因不同。這些電容的一個功能是用作“微型”電荷庫,這是因為在數(shù)字電路中,執(zhí)行門狀態(tài)的切換(即開關(guān)切換)通常需要很大的電流,當(dāng)開關(guān)時芯片上產(chǎn)生開關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板,有這額外的“備用”電荷是有利的。如果執(zhí)行開關(guān)動作時沒有足夠的電荷,會造成電源電壓發(fā)生很大變化。電壓變化太大,會導(dǎo)致數(shù)字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài),并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機(jī)錯誤運行。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化,由于電路板走線存在寄生電感,則可采用如下公式計算電壓的變化:

V=Ldl/dt

其中V=電壓的變化

L=電路板走線感抗

dI=流經(jīng)走線的電流變化

dt=電流變化的時間

因此,基于多種原因,在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是非常好的做法。

2、電源線和地線要布在一起

電源線和地線的位置良好配合,可以降低電磁干擾(EMl)的可能性。如果電源線和地線配合不當(dāng),會設(shè)計出系統(tǒng)環(huán)路,并很可能會產(chǎn)生噪聲。電源線和地線配合不當(dāng)?shù)腜CB設(shè)計示例如圖2所示。在此電路板上,使用不同的路線來布電源線和地線,由于這種不恰當(dāng)?shù)呐浜?,電路板的電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性比較大。

2.jpg

3.jpg

此電路板上,設(shè)計出的環(huán)路面積為697平方米。而采用圖3所示的方法,電路板上或電路板外的輻射噪聲在環(huán)路中感應(yīng)電壓的可能性會大大降低。在此單面板中,到電路板上器件的電源線和地線彼此靠近。此電路板中電源線和地線的配合比圖2中恰當(dāng),其設(shè)計出的環(huán)路面積為12.8平方米。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或約54倍。



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